[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法

有效

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• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107144598B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亮;鄒佳生;周源遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N25/60
• 分類號: G01N25/60
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法，內(nèi)套管套接于外套管的一側(cè)內(nèi)，內(nèi)套管與外套管之間設(shè)有絕熱密封層，外套管另一側(cè)的內(nèi)壁上設(shè)有濕蒸汽溫度傳感器，各對電極沿周向分布，濕蒸汽溫度傳感器、電極、過熱蒸汽溫度傳感器及過熱蒸汽壓力傳感器沿蒸汽流動的方向依次設(shè)置，且過熱蒸汽壓力傳感器與過熱蒸汽溫度傳感器位于垂直于流動方向的同一橫截面內(nèi)；通過在相鄰兩個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)分別將流入濕度傳感器的濕蒸汽動態(tài)加熱為過熱度不同的過熱蒸汽，再利用相鄰兩個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的熱平衡關(guān)系完成濕度的測量；可以適用于各種狹窄空間內(nèi)流動濕蒸汽濕度的在線實(shí)時(shí)測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法，具體涉及一種基于動態(tài)加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法。

背景技術(shù)

濕蒸汽作為一種工作介質(zhì)廣泛應(yīng)用于熱動力工程等領(lǐng)域。例如在汽輪機(jī)中，流動濕蒸汽不僅引起機(jī)組效率的下降，還對葉片和汽缸造成水蝕。測量汽輪機(jī)中流動濕蒸汽的濕度是汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)的重要內(nèi)容，也是評價(jià)機(jī)組性能以及改進(jìn)機(jī)組設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；在機(jī)組運(yùn)行中也希望能實(shí)時(shí)監(jiān)控低壓級組的濕度，從而為評估葉片水蝕的程度提供依據(jù)。

目前，諸多文獻(xiàn)公開了數(shù)種原理的濕蒸汽濕度測量方法，例如加熱法、光學(xué)法、電容法、微波法、光纖光柵法、超聲波法等。這些方法中相對較為成熟的是光學(xué)法和加熱法，其他方法大多處于理論或?qū)嶒?yàn)室研究階段。

光學(xué)法能兼顧濕度和水滴粒徑的測量，但本質(zhì)上其濕度是對流動濕蒸汽中數(shù)量巨大且尺寸差異懸殊的水滴進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，一般認(rèn)為其測量精度低于加熱法；另外，光學(xué)法測量設(shè)備復(fù)雜昂貴，目前還僅用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，難以在工程實(shí)際中大范圍推廣；此外，光學(xué)法濕度測量裝置也無法實(shí)現(xiàn)長期在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。

加熱法最早被提出，其基本原理是將濕蒸汽樣本加熱為過熱蒸汽，通過測量流量、加熱量以及過熱蒸汽的熱力學(xué)參數(shù)，根據(jù)熱平衡關(guān)系即可得到濕度值。加熱法的優(yōu)點(diǎn)是依據(jù)能量守恒原理進(jìn)行測量因而保證具有高精度，且濕度測量裝置無需標(biāo)定。作為一種流動參數(shù)測量裝置，要求濕度測量裝置的體積盡可能小，以減小對流場的干擾；另外，濕度測量裝置工作環(huán)境惡劣，盡可能簡單的結(jié)構(gòu)是保證測量裝置可靠工作的基礎(chǔ)。而現(xiàn)有各種加熱法濕度測量裝置(如專利200410011148.1、201310073920.1、201410136475.3)均存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、長度長、直徑大的缺點(diǎn)，導(dǎo)致目前沒有任何一種加熱法濕度測量裝置能夠同時(shí)滿足汽輪機(jī)級內(nèi)和排汽濕度實(shí)時(shí)在線測量的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于動態(tài)加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器及測量方法，該傳感器體積緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，并且測量方法精度高，可以適用于各種環(huán)境下流動濕蒸汽濕度的在線實(shí)時(shí)測量。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的基于動態(tài)加熱的流動濕蒸汽濕度傳感器包括濕度傳感器本體及控制及數(shù)據(jù)處理器，其中，濕度傳感器本體包括內(nèi)套管及外套管；

內(nèi)套管及外套管均為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)套管套接于外套管的一側(cè)內(nèi)，內(nèi)套管與外套管之間設(shè)有絕熱密封層，外套管另一側(cè)的內(nèi)壁上設(shè)有濕蒸汽溫度傳感器，內(nèi)套管的內(nèi)壁上設(shè)有過熱蒸汽溫度傳感器、過熱蒸汽壓力傳感器及若干對電極，各對電極沿周向分布，濕蒸汽溫度傳感器、電極、過熱蒸汽溫度傳感器及過熱蒸汽壓力傳感器沿蒸汽流動的方向依次設(shè)置，且過熱蒸汽壓力傳感器與過熱蒸汽溫度傳感器位于垂直于流動方向的同一橫截面內(nèi)，濕蒸汽溫度傳感器的輸出端、過熱蒸汽溫度傳感器的輸出端、過熱蒸汽壓力傳感器的輸出端及各對電極的控制端均與控制及數(shù)據(jù)處理器相連接。

還包括用于支撐外套管的支架。

沿圓周方向布置的各對電極采用輪流交替的方式工作，在同一時(shí)刻只有一對電極處于導(dǎo)通加熱狀態(tài)，各對電極的交替切換頻率通過控制及數(shù)據(jù)處理器控制。

本發(fā)明所述的基于動態(tài)加熱的流動濕蒸汽濕度的測量方法包括以下步驟：